基于NB-IoT的智慧路灯在智慧城市中的应用分析

徐建平

摘 要：NB-IoT覆盖范围广、功耗低、连接量大，是一种新兴的物联网连接模式，可用于智慧城市公用事业，包括水、气、公共照明和停车场。本文介绍了NB-IoT智慧路灯在智慧城市中的作用及试点应用项目的部分内容，分析了NB-IoT智慧路灯的应用及存在的问题，以期为基于NB-IoT的智慧路灯的未来的推广与应用提供参考。

关键词：智慧城市;智慧路灯;NB-IoT;节能

1引言

智慧城市建设是解决交通拥堵等城市发展问题，实现城市可持续发展的新理念、新模式。路灯在城市中分布广泛、分布均匀，具有精确的地理坐标、完整的供电网络和清晰的通信位置等，是智慧城市物联网的绝佳切入点，可以作为城市物联网的感知终端，同时也为城市管理和服务的信息化、智能化提供了重要的技术支撑。

智慧路灯集智能照明、无线WIFI、视频监控、信息发布、环境监测、灾害预警、电池充电等功能于一体。其体系结构一般分为应用层、平台层、传输层和硬件层，其中传输层通信方式的选择是智慧路灯应用的关键。目前，智慧路灯使用的通信方式主要有ZigBee、NB-IoT、LoRa等四种，其中NB-IoT由于广覆盖、海量连接、低功耗的特点备受智慧路灯用户主体和生产制造商的青睐，目前基于NB-IoT的智慧路灯发展势头迅猛。

2基于NB-IoT的智慧路灯的作用

2017年初，全球领先运营商积极投身NB-IoT产业，从政策、运营到产业链，鼓励NB-IoT的发展和应用。2017年6月发布的工信部关于开展移动物联网加强通信的意见：2017年底，NB物联网覆盖直辖市、省会城市和主要城市，基站达到40万个;到2020年，nb物联网实现全国覆盖，深入覆盖室内网、传输网、地下网等应用场景，基站规模达到150万个;2017年基于NB-IoT的连接数将超过2000万个，2020年连接总数将超过6亿个，基于非IoT的各类产品和终端系统不断推出，智慧路灯、智能照明、等试点应用，智能停车和智能水务是政府、运营商、设备制造商和制造商关注的焦点。基于物联网的智慧路灯有几个优点，如无需人工检查就能精确控制和维护单个灯，能够远程检测和定位故障，企业需要照明来构建网络，良好的网络覆盖率，高可靠性，智能城市应用案例不断增多。

传统智慧路灯一般采用“两跳式”照明解决方案，即中央控制器和终端控制器之间的通信一般通过PLC、ZigBee和LoRa等通信方式来保证。这种方式需要部署大量的网关来控制路灯，费用昂贵，组网困难，运行管理困难，可靠性得不到保证。而基于物联网的智慧路灯具既满足了离散灯具分布的特点，又允许每个灯具进行单跳连接和控制，无需通过网关设备，降低了成本。

（1）在城市推广绿色照明，以实现更多的节能和更低的排放

推广LED路灯和应用控制技术是实现城市道路照明节能的重要途径，但用电数据采集和智能管理也是节约电能的重要途径。智能路灯在LED灯节能的基础上，通过智能控制技术实现二次节能。基于物联网和现代信息技术，如云计算、故障报警、编组道照明灯、运行故障指示灯、远程电表地图、防盗报警、城市道路照明管理等，以及城市街道节能照明的潜力，城市的绿色推进。

（2）助力城市管理的精细化和公共服务的便捷化

在智慧路灯上，集成了充电电源、微型基站、视频探头、环境监测、多媒体信息发布屏，并设有通信子系统和传感器子系统，实现了大数据的采集、分析和处理，公共信息的发布，导航和定位以及无线上网。例如：建立微基站，打造“无线城市”;改装为充电电源，为新能源车提供充电服务;智能监控城市燃气管网线路，提高智能安防措施的效率等。

（3）展示城市文化，塑造城市品牌

公共照明作为城市公共设施的重要组成部分，也是城市景观的一部分，具有美化和传递城市文明的功能。智慧路燈可以根据每个城市的人文特点、每个地区的文化特点、每个地区的文化内涵来设计和风景和景点。在智慧路灯的设计中融入城市和地域文化元素，光的语言的表现和再现，以及向城市居民传递文化信息，可以创造出一幅新的城市“文化游览地图”，塑造城市品牌。

3应用情况与存在的问题

随着智慧城市建设的不断推进和新一代信息技术的广泛应用，以智慧路灯为起点的智慧城市物联网平台建设成为智慧城市项目落地的重要切入点。基于NB-IOT的智慧路灯已开始在北京、杭州、上海等城市应用推广。目前，基于NB-IoT的智慧路灯在城市中的应用呈现出以下特点：（1）涉及到中国移动、中国联通、中国电信等运营商。这是因为NB-IoT是3GPP全球标准化组织中主流运营商和设备厂商提出的一种新的物联网技术。NB物联网基站和物联网平台主要掌握在运营商和设备供应商手中（2）试点范围小，一般在公园，安装的智慧路灯数量也不大。基于NB-IOT的智慧路灯尚处于发展的初级阶段，应用的规范化、推广机制和运营模式仍在探索中。

这主要是因为基于NB-IoT的智慧路灯应用当前还存在以下问题：

（1）智慧路灯由硬件（包括LED灯、微基站、视频检测系统、交互式信息显示、传感器等）和软件（物联网监控平台）两部分组成。需要解决系统互连和智能街道照明的其他共同问题。标准化是破解这些问题的重要手段，对促进智能公共照明与智能交通、智慧城市管理与智能公共安全的互联互通，对规范和完善制造、设计、管理、交通、交通、交通等领域起着重要作用，智慧路灯的建设和运行，以及城市资源的共享。

（2）由于城市管理模式和体制的制约，各行政部门之间仍然没有信息资源的互联互通和共享机制，这使得智慧路灯的这些功能难以整合，尤其是在城市中。目前智慧路灯功能之间的联系非常薄弱，有些功能不起作用。

（3）智慧路灯功能强大，但安全性有待进一步加强。目前，NB物联网技术还处于发展的初级阶段，尚未建立起一套完善的安全标准。而且，NB-IoT是一种运营商网络，其智能化应用依赖于运营商的基站布局，而通信运营商的基站布局对其影响很大。因此，基于物联网的智慧路灯的安全问题令人担忧。由于智慧路灯缺乏标准化，接入环境复杂，接入方式多样化，给智慧城市网络平台带来了极其复杂的信息安全问题，而智慧路灯包括市政、交通、气象、安防、民生等领域，并且拥有海量数据，如网络攻击目标，大数据安全隐患有待破解。同时，由于智慧路灯需要24小时带电运行，涉及城镇居民和运维人员人身安全的电气安全问题需要进一步加强。

4结束语

近年来，中国政府出台了一系列关于城市照明建设和发展的文件，推动城市照明快速发展，加快城市照明节能改造，提高城市照明信息化管理水平，提高城市照明设施建设和维护水平。基于NB物联网的智慧路灯符合绿色、智能、和谐、特色城市发展的需要，也符合国家大力推进NB物联网智能化应用的方向，实现城市照明的动态化、程序化、可视化、规范化管理，确保城市照明安全运行。为智慧城市建设公共服务、公共设施、节能环保等多维平台提供全方位的技术支持。随着智慧路灯标准化的推进，物联网技术应用的成熟，智慧城市建设的发展，相信基于物联网的智慧路灯将在更多的城市得到应用，存在的诸多问题将得到相继解决，其未来发展前景十分广阔。为全市节能减排、精细化管理、个性化、特色化发展作出新贡献。

参考文献：

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[2]吴贵才，黄跃辉，杨彤.智慧城市建设的全新视角——基于路灯的城市物联网基础平台研究[J].城市发展研究，2013，20（11）：4-7.